矿渣基地质聚合物微球吸附剂表面改性的研究与应用

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重金属废水污染是一个全球性的环境问题,严重危及人类的生命健康,运用吸附法对其进行处理是目前最有效的方法之一。地质聚合物吸附剂是一种经济环保可再生的新型绿色吸附材料,能有效地去除废水中多种重金属离子。但作为无机材料与有机吸附剂相比,其适用范围较窄,吸附作用比较单一。目前文献报道中对常见无机吸附剂和天然高分子吸附剂的有机改性已经有了大量报道,但对于地质聚合物吸附剂的改性研究还很少。为了克服地质聚合物吸附剂的局限性,提升吸附性能,本文采用一种高效的重金属离子螯合剂二硫代氨基甲酸盐(DTCs)对其进行改性,研究的主要内容与结果如下:(1)以矿渣基地质聚合物微球、乙二胺和二硫化碳为原料,合成二硫代氨基甲酸盐/地质聚合物微球(SGS/DTC)复合物。通过添加不同剂量地质聚合物微球、乙二胺和二硫化碳,确定了改性最优配方,并发现吸附剂对Cd2+的吸附量和去除率随乙二胺和二硫化碳剂量的增加而增大,随矿渣基地质聚合物微球剂量的增加呈现先增后减的趋势。通过SEM、FTIR、XRD、比表面积和孔径分布仪对SGS/DTC复合物进行表征,证明成功进行了二硫代氨基改性。(2)通过考察吸附时间、初始浓度、吸附剂质量、pH几个因素,探究了SGS/DTC复合物对Cd2+、Pb2+的吸附性能,结果表明对于浓度小于200 mg/L的重金属溶液,SGS/DTC复合物对Cd2+、Pb2+的去除率均达到99%以上。对Cd2+、Pb2+的最大吸附量分别为211.2 mg/g和375.99 mg/g。(3)以聚乙烯亚胺、二硫化碳和氢氧化钠为原料合成了二硫代氨基甲酸钠聚合物(MDTC),再采用化学接枝法以矿渣基地质聚合物为基体将二硫代氨基接枝到未经煅烧的地聚物微球上合成二硫代氨基功能化地质聚合物微球(SGS-MDTC)。通过SEM、FTIR、比表面积和孔径分布仪对SGS-MDTC进行表征,证明成功接枝了二硫代氨基。(4)在SGS-MDTC对Cd2+的静态吸附实验中,考察了吸附时间、吸附剂质量、pH和初始浓度几个因素对吸附性能的影响。结果表明SGS-MDTC对Cd2+的最大吸附量为155.2 mg/g,且吸附过程符合准二级动力学模型和D-R模型,说明吸附过程主要是化学吸附,且更符合孔状吸附而不是层状吸附。(5)在SGS-MDTC对Cd2+的动态吸附实验中,考察了流速、柱高和初始浓度几个因素对固定床吸附性能的影响。结果表明流速越大,穿透时间越短;固定床柱高越长,穿透时间越长;初始浓度升高,穿透时间缩短。在流速为1 mL/min,柱高1.5 cm,初始浓度200 mg/L时,Cd2+吸附量达到最大值,为122.70 mg/g。
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